1. Форма и размеры Земли. Геоид, эллипсоид вращения, референц-эллипсоид. Географическая система координат.

Многочисленные исследования и измерения позволили установить, что Земля имеет форму неправильного в математическом отношении тела, называемого геоидом. При производстве геодезических, картографических и других работ, требующих высокой точности, за фигуру Земли принимают эллипсоид вращения.

В разных странах представляют земной эллипсоид с размерами, принятыми для данной страны. Эллипсоид с определенными размерами, принятыми в конкретном государстве, называют референц - эллипсоидом.

Основными элементами, определяющими размеры земного эллипсоида, являются его полуоси: большая а и малая b. Длина большой полуоси земного эллипсоида а = 6 378 245 м, малой b = 6 356 863 м. Кроме того, для характеристики земного эллипсоида, а также для некоторых расчетов применяются понятия: полярное сжатие α земного эллипсоида, выражаемое формулой:

α = (а – b) / a,

и его эксцентриситет е, определяемый выражением:

e =.

Начиная с 1946 г. для всех геодезических и картографических работ на территории СССР принимался референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского. В наши дни для решения геодезических и навигационных задач широко используются общин земные эллипсоиды (World Geodetic System), разработанные в разные годы: WGS-72, WGS-84.

При решении большинства задач в судовождении величиной сжатия Земли, составляющей 0,3%, пренебрегают и принимают Землю за шар, объем которого равен объему земного эллипсоида. Исходя из этой условности, т. е. что  а подставив в эту формулу значения а и b, определим радиус такого шара R = 6 371 110 м.

Географическая система координат.

Для определения положения точек на земной поверхности применяется географическая система координат.

Малая ось эллипсоида пересекает поверхность последнего в двух точках, которые называются северными и южным полюсами. Плоскости, проходящие через ось вращения Земли, называются плоскостями земных меридианов, которые в сечении с поверхностью Земли образуют большие круги, называемые меридианами. Плоскость, перпендикулярная земной оси и проходящая через центр эллипсоида, называется плоскостью экватора. Большой круг, образующийся от пересечения этой плоскости с поверхностью эллипсоида, называется земным экватором. Плоскости, параллельные плоскости земного экватора в сечении с поверхностью Земли, образуют малые круги, называемые земными параллелями.

Координатными осями системы географических координат приняты: экватор и один из меридианов, принимаемый за начальный (Гринвический); координатными линиями являются земные параллели и меридианы, а величинами, определяющими положение точек, т. е. координатами, географическая широта  и географическая долгота .

Географической широтой точки на поверхности Земли называется угол между нормалью к поверхности эллипсоида в этой точке и плоскостью экватора. Географическая широта в судовождении обозначается греческой буквой φ (фи). Счет широт ведется от экватора к полюсам от 0 до 90°. Широты северного полушария считаются положительными и при аналитических расчетах они принимаются со знаком плюс. Северные широты обозначаются буквой N. Широты точек южного полушария, обозначаемые буквой S, считаются отрицательными и им приписывается знак минус.

Географическая широта определяет положение параллели, на которой находится определяемая точка.

Географической долготой точки называется двугранный угол, образованный плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через эту точку. Двугранный угол измеряется сферическим углом при полюсе между начальным меридианом и меридианом определяемой точки или численно равной ему дугой экватора, заключенной между названными меридианами.

За начальный меридиан в принципе может приниматься любой земной меридиан. По международному соглашению за начальный принят меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию, расположенную около Лондона.

Счет географических долгот ведется к востоку и западу от Гринвичского меридиана от 0 до 180°. Географическая долгота в судовождении обозначается греческой буквой λ (лямбда). Долготы точек, находящихся в восточном полушарии, принято считать положительными (знак плюс), западные долготы считаются отрицательными (знак минус). При определении долготы той или иной точки земной поверхности обязательно указывают на ее наименование: восточной — Е, западной — W.